Intravenous administration of endotoxin reliably elicits dose-dependent physiological and immunological alterations consistent with several pathological states. This reductionist approach permits the investigation, modeling and experimental modification of systemic inflammation and its downstream effects in man.
Активация воспалительных путей представляет собой центральный механизм в нескольких болезненных состояниях как острые и хронические. Срабатывает либо через патогена или повреждение тканей, ассоциированных молекулярных мотивов, общих биохимических путей приводят к законсервированных еще переменных физиологических и иммунологических изменений. Вскрытие и разграничение детерминант и механизмов, лежащих в основе фенотипической дисперсии в ответ ожидается выход новых терапевтических достижений.
Внутривенное (IV) введение эндотоксина (грамотрицательные бактериальные липополисахариды), определенного Toll-подобный рецептор 4 агониста, представляет собой модель в естественных условиях системного воспаления у человека. Национальный институт по вопросам здравоохранения Клинический центр Справочник эндотоксина (CCRE, кишечная палочка O: 113: Н10: K отрицательный) используется , чтобы надежно и воспроизводимо генерировать сосудистые, гематологические, эндокринные, иммунологические и органные специфические функциональные эффекты , которые параллельно, в разной степени,которые наблюдаются на ранних стадиях патологических состояний. Изменение дозы (0,06 – 4 нг / кг) и шкалы времени воздействия (болюс против инфузии) позволяет репликации либо острого или хронического воспаления и различной степени тяжести , чтобы быть выявлены, при более высоких дозах (2 – 4 нг / кг ) часто используется для создания "сепсис типа" состояние. Установлено и новые лекарственные соединения могут быть дополнительно вводят до или после воздействия эндотоксина, чтобы оценить их влияние на воспалительный каскад. Несмотря на ограничения в объеме и обобщенности, человек IV эндотоксина вызов предлагает уникальную платформу, чтобы получить механистических понимание индуцируемых физиологических реакций и воспалительных путей. Рационально используют это может способствовать переводу этих знаний в терапевтических инноваций.
Воспаление различной этиологии, тяжести и продолжительности образует центральный компонент при патологии нескольких заболеваний. Начиная от критических заболеваний состояний, таких как сепсис или травма, где тяжелая, относительно короткое время жизни воспаление преобладает, хронических заболеваний, включая сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и болезнь Альцгеймера, где постоянные низкого уровня воспалительное тона считается патологическим фактором, Нарушение регуляции воспалительные процессы ключевым фактором глобальной заболеваемости и смертности в 1,2 раза .
Воспаление инициируется наличием патоген-ассоциированных молекулярных моделей (PAMPs) или опасности ассоциированных молекулярных моделей (DAMPS) – общ внутриклеточных компонентов , выделяющихся через повреждения ткани 3-5. Эти законсервированные молекулярное мотивы связывают рецепторы распознавания образов (РРСС), такие как Toll-подобных рецепторов (TLR,), обнаруженных на эпителиальных клетках, эндотелиальных клетках и те, врожденной иммунной SYSТЕМ, чтобы вызвать общий вниз по течению внутриклеточных сигнальных путей 6. Активация ядерного фактора транскрипции ядерного фактора кВ, среди прочего, приводит к транскрипции генов , кодирующих провоспалительные цитокины , которые устанавливают воспалительный каскад 7.
Воспаление вызывает местные и системные эффекты, предназначенные для выделения и удаления первичной оскорбление. Местные изменения включают повышающей регуляции маркеров адгезии, высвобождения хемокинов, вазодилатацию и повышение проницаемости сосудов для облегчения врожденную клеток иммунной перевоплощении. Системы комплемента и коагуляции также активируются. Системно, наблюдаются множественные органные специфические физиологические изменения, организованы через сеть нейроэндокринной. Значительное увеличение гуморальных медиаторов происходит и циркуляционного профиль клеток коренным образом изменяет. Отказ от воспаления прекратить и гомеостаз быть восстановлена может быть связано с сохранением инициирующих стимулов илиотказ выделенного разрешения 8 дорожками. Эти мощные механизмы, часто координируемые липидных медиаторов сами по себе могут быть патогенными 9,10.
Исследование воспалительной реакции и эти ключевые регуляторных мер в клинической популяции является сложной задачей. Демографические (возраст, пол, этническая принадлежность), временной (время начала, продолжительность воздействия) и клиническая дисперсия (тип инициирующих стимулов, тяжесть инсульта, коморбидность бремя, терапевтическое вмешательство) препятствуют доступу к основным биологическим путям. Традиционное решение заключается в использовании животных моделей. Несмотря предоставляя множество преимуществ, их фундаментальное сходство с человеческим патофизиологии 11,12 и актуальность своей продукции, оказалась под более пристальное внимание на 13-15. В качестве альтернативы можно использовать редукционистские человеческих моделей.
Разработанный в конце 1960-х, внутривенный (IV) введение эндотоксина человеку предлагает жизненно важную платформу, с помощью которойчтобы обнаружить, разграничить и потенциально наркотиков воспалительные процессы 16-19. Эндотоксина (используется синонимично с липополисахарида [LPS] в этой статье) является мощным TLR4 агонист, который инициирует воспалительный каскад в зависимости от дозы образом. Вводят или как болюс или вливание его, таким образом, может быть использован для моделирования как низкого уровня и умеренное системное воспаление различной продолжительности. Полученный в результате недолгой воспалительная реакция позволяет оценить одного компонента сложнейшей хозяин-патоген взаимодействия, который развивается во время бактериальной инфекции. В то время как не модель шока, проблемы эндотоксина IV вызывает ответы, которые, как представляется, повторить на ранних стадиях инфекции. Устранение межвидовой трансляционные барьеры и точно имитируя клинический фенотип качественно, если не количественно, она дает интерпретацию в режиме реального времени воспалительных влияний, последствий и возможности для тестирования вмешательств. Эндотоксины могут быть также введены endobronchiallY 20, внутрикожно 21 или в сочетании с IV LPS 22 , чтобы исследовать местные воспалительные реакции в разных отсеках. Менее широко используемые альтернативные методики включают вливание проксимальных провоспалительных цитокинов , таких как фактор некроза опухоли альфа (ФНО) и интерлейкин (IL) 6 19. Они не будут обсуждаться здесь.
Как показано здесь и подробно описаны в недавних обзорных статьях, человек IV эндотоксина задача является уникальной экспериментальной площадкой обеспечивая понимание воспалительных путей, которые лежат в основе широкий спектр человеческих болезней. Разрешение контролируемой, воспроизводимой индукции системного воспаления, модель обеспечивает доступ к начальной фазе воспалительного каскада, устраняя потенциальные искажающие факторы.
ответы участников могут быть модулированы по интенсивности и продолжительности, а также геномного влияния на их фенотипическую презентации оценены. Кроме того, модель может выступать в качестве тест-кровать для терапевтических средств, а не только против самого LPS лиганда, но ЛПС-индуцированную пути и медиаторы как острых, так и разрешающей фазы воспаления сигнализации. Это может включать в себя агенты, направленные на восстановление толерантности эндотоксина, в гипореспонсивных состояния иммунной системы, которая носит сходство с критической болезни-Induced immunoparalysis 33,34 в состоянии воспроизвести ключевые особенности как острого , так и хронического 16 27 воспаления не только на физиологические / функциональный уровень , но и транскриптомных один 35, IV эндотоксина задача , казалось бы , играет ключевую роль в переводе основных научных открытий в клинической практике. В сочетании с направленной исследования в соответствующих моделях животных , способных более точно воспроизвести патофизиологические реакции конкретных болезненных состояний (например, мышиных слепой кишки перевязки и пункции и сепсис) эта исследуемое парадигма может быть особенно мощным.
Безопасность участников в любой здоровой модели добровольцах имеет первостепенное значение. IV эндотоксина вызов был введен в более высоком диапазоне доз от 2 – 4 нг / кг до тысяч людей с, нашим и других авторов знаний, никаких серьезных или постоянных побочных эффектов (личное общение, доктор Энтони Саффредини) 19. Из нее Однако изолированные счета серьезных блуждающего реакций было зарегистрировано 36,37. Этиология предположительно представляет собой высокий покоя удушья тон, объем истощения после ночного голодания, и высвобождение катехоламинов с наступлением лихорадка, озноб и симптомы, что привело к преувеличенной Бецольд-Jarisch рефлекса. Этот риск может быть облегчены за счет исключения лиц с предыдущим вазовагальной syncopy или положительным наклоном теста, а объем загрузки с внутривенными жидкостями до и во время эндотоксина вызов 37. Исследователи, использующие высокие дозы эндотоксина вызов (особенно 4 нг / кг) должны быть убедительны риска брадикардии и / или сердечной паузами, предупреждают участников их редкой, но возможного появления, используют соответствующий мониторинг, и имеют реанимационное оборудование легко доступны. Другие критерии исключения, в дополнение к тем, которые описаны в протоколе, может потребоваться в зависимости от экспериментального вопроса. Например, в то время как это разумно, чтобы исключить те, которые имеют годовыхrticipated в других клинических испытаниях или опытный хирургии / травмы в течение последних трех месяцев, ограничение въезда (или использование параллельных групп а не дизайн перекрестный в интервенционных исследованиях) к тем, которые ранее причастившись в IV эндотоксина CHALLENGE испытаний могут также требуется , если иммунный ответ должен быть наложен: эндотоксина толерантность , продолжающаяся неизвестной продолжительности времени в естественных условиях 38,39.
Некоторые ограничения очевидны с моделью. Она традиционно проводится в здоровых, молодых мужчин-добровольцев ООН-представитель клинического населения. Нет вмешательства не требуется для фенотипических последствий введения эндотоксина решить. Очищенная LPS инъекции обеспечивает воздействие только одного лиганда TLR, в отличие от нескольких иммуногенных фрагментов на живом патогена. Этическими необходимости лишь относительно скромное воспалительная реакция может быть вызвана. Мимика каждой патофизиологической характерной чертой DiSEаза не достигается 40. Таким образом , "любое ожидание , что модель полностью повторяет клиническое состояние тяжелой, локализованы или системного грамотрицательной инфекции является не-обоснованным» 18.
Мы утверждаем, однако, что сила модели заключается не в неприемлемом экстраполяцией к клинической практике, но и в опрашивая физиологические, гематологические, иммунологические, нейроэндокринной и метаболической реакции компетентных клеток и систем органов в качестве ключевого воспалительного стимула. Вдумчивый интерпретация переходных изменений спровоцированы введения эндотоксина и их модуляция фармакологической вызов был, и будет по-прежнему, информативным при разработке новых методов лечения и прогнозирования их эффективности.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank Dr. Anthony Suffredini (Critical Care Medicine Department, National Institutes for Health Clinical Center, Bethesda, USA) for his careful review of the manuscript and many thoughtful suggestions. We would also like to thank the National Institutes of Health for making freely available the Clinical Center Reference Endotoxin employed within this study.
JNF and DWG are funded by the Wellcome Trust, which supported the generation of the described data and the publication of this article.
Clinical Center Reference Endotoxin (CCRE, Escherichia coli O:113:H10:K negative) | National Institutes for Health | n/a | GMP Manufactured Endotoxin |
Syringes (1ml, 5ml) | |||
Water for injection | |||
0.9% sodium chloide (sterile, clinical grade) | |||
Intravenous cannulae | Miminum 20G French | ||
Sphygmomanometer | If intraarterial line placed, transduction equipment for invasive blood pressure monitoring | ||
Pulse oximeter | |||
Thermometer | Typmanic, oral or core (rectal, oropharyngeal) | ||
Electrocardiograph machine | |||
Sample collection tubes | As utilized by local clinical laboratory |